POTENZIALI DI MEMBRANA - ianua.com

1 1 POTENZIALI DI MEMBRANA Tutte le cellule viventi possiedono e mantengono una concentrazione di ioni diversa nell interno della cellula e nei liquidi extracellulari. - I liquidi extracellulari fifififi hanno un elevata concentrazione di Na+ e di Cl- e basse concentrazioni di K+, Mg++, Ca++. - I liquidi intracellulari fifififipossiedono invece elevate concentrazioni di K+ e di anioni organici non diffusibili di grandi dimensioni ( proteine ed altre sostanze ) e, comparativamente, poco Na+. Gli ioni positivi sono presenti in lieve eccesso nel lato esterno della MEMBRANA , mentre gli ioni negativi lo sono all interno.

2 Questo fatto genera tra i due lati della MEMBRANA una differenza di carica elettrica, denominata potenziale di MEMBRANA . Tale differenza di cariche viene detta potenziale in quanto un tipo di energia immagazzinata come energia potenziale: ogni volta che cariche opposte si trovano ai due lati di una MEMBRANA hanno la potenzialit di muoversi l una verso l altra. Se la MEMBRANA di una cellula mantiene gli ioni con cariche diverse ai lati opposti si dice polarizzata, cio ha: un polo negativo ( all interno ) e un polo positivo ( all esterno ).

3 La misura di grandezza della differenza di potenziale il millivolt. POTENZIALI DI MEMBRANA A RIPOSO Tutte le cellule dell organismo mantengono un potenziale di MEMBRANA , ma quelle dei tessuti eccitabili hanno capacit di generare e condurre POTENZIALI . I tessuti eccitabili sono il tessuto nervoso e il tessuto muscolare ( nei sottotipi scheletrico, liscio e cardiaco ). Quando una cellula di un tessuto eccitabile non genera o conduce impulsi si dice a riposo . Il potenziale di MEMBRANA di una cellula che non conduce impulsi si definisce potenziale di MEMBRANA a riposo ( PRM ).

4 Il potenziale di MEMBRANA a riposo si mantiene attorno a valori medi di circa 70 mV ( tale valore differisce a seconda che siano ad es. cellule nervose, muscolari lisce o scheletriche ). I meccanismi che mantengono il PRM promuovono piccoli squilibri ionici attraverso la MEMBRANA plasmatica, ossia un eccesso di ioni positivi alla superficie esterna. Tale squilibrio di concentrazione prodotto dai meccanismi di trasporto degli ioni attraverso la MEMBRANA stessa. Nella MEMBRANA plasmatica i canali per il passaggio della maggioranza degli anioni sono assenti o chiusi in condizioni di riposo.

5 2 Es. non esistono canali che consentano l uscita delle macromolecole proteiche, gli elementi predominanti nel citoplasma, e gli ioni cloro sono intrappolati da un lato della MEMBRANA , perch i loro canali normalmente sono chiusi. I soli ioni che possono efficacemente attraversare la MEMBRANA plasmatica di un neurone sono quindi gli ioni positivi sodio e potassio ( Na+ e K+). In una cellula a riposo rimangono aperti molti canali per il potassio , mentre molti canali per il sodio sono chiusi. Gli ioni potassio che si trovano dentro la cellula possono quindi diffondere con facilit all esterno, ma le cariche negative dei grandi anioni proteici ( le proteine al pH cellulare sono allo stato di anioni ), che permangono all interno perch non possono uscire, li richiamano potentemente all interno.

6 Essi rientrano quindi facilmente perch i loro canali sono aperti in maggior numero. Gli ioni sodio, al contrario, rimangono sulla superficie esterna della MEMBRANA perch , pur essendo presente un gradiente elettrico e chimico favorevole all entrata, molti canali sono chiusi. All interno della cellula permane quindi una maggior quantit di cariche negative perch gli ioni potassio non bastano a equilibrare gli anioni. Le caratteristiche della MEMBRANA ripartiscono quindi gli ioni potassio e sodio in questo modo, ma per mantenere il PRM opera anche il meccanismo della pompa sodio- potassio ( l ATPasi Na+-K+ della prima lezione ), che trasporta 3 ioni sodio al di fuori della cellula e 2 ioni potassio in direzione opposta.

7 Poich l ATPasi Na+-K+ porta tre ioni carichi positivamente fuori dalla cellula per ogni due che pompa all interno, elettrogenica, cio provoca uno squilibrio elettrico attraverso la MEMBRANA , mantenendo il potenziale elettrico, con l interno negativo rispetto all esterno. Tale effetto della pompa contribuisce al mantenimento della differenza di potenziale di MEMBRANA a riposo ma ha un ruolo preciso anche nella regolazione del volume della cellula: essa mantiene sotto controllo la concentrazione dei soluti all interno della cellula, regolando cos le forze osmotiche che possono far rigonfiare o raggrinzire le cellule.

8 Il PRM pu essere mantenuto in una cellula finch le caratteristiche di permeabilit della MEMBRANA restano costanti e fin quando opera la pompa. Valori medi delle concentrazioni dei principali ioni all esterno e all interno della cellula: Na+ Esterno 120 mMoli/litro Interno = 10 mMoli/litro K+ Esterno 4-5 mMoli/litro Interno = 140 mMoli/litro Cl- Esterno 110 mMoli/litro Interno = 5-10 mMoli/litro POTENZIALI LOCALI I POTENZIALI locali sono variazioni leggere del potenziale di MEMBRANA ( al di sopra o al di sotto del valore del PRM ), in risposta a determinati stimoli.

9 3 Si ha eccitazione di una cellula fi quando uno stimolo provoca l apertura di un certo quantitativo di canali del sodio ( definiti canali del sodio stimolo-dipendenti ) che nella fase di riposo erano chiusi. L apertura di questi canali permette l entrata di ioni sodio con conseguente diminuzione della negativit del potenziale di MEMBRANA . Quando il potenziale di MEMBRANA della cellula diminuisce, cio si sposta verso lo 0, la cellula si depolarizza. Si ha inibizione di una cellula fi quando uno stimolo provoca l apertura di canali del potassio stimolo-dipendenti.

10 Poich dalla cellula fuoriesce potassio , l uscita di tutti questi ioni positivi comporta un aumento del potenziale di MEMBRANA . Quando il potenziale di MEMBRANA della cellula aumenta, cio allontana sempre di pi dallo 0, la cellula si iperpolarizza. I POTENZIALI locali sono cos chiamati perch nascono in regioni specifiche della MEMBRANA plasmatica, e non diffondono a regioni limitrofe. Sono POTENZIALI graduati in quanto possono avere valori maggiori o minori. POTENZIALE D AZIONE Il potenziale d azione il potenziale di MEMBRANA che ha una cellula eccitabile quando viene attivata , ossia quando in essa insorge o viene condotto un impulso.